量子点敏化太阳能电池综述

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课程名称：光伏材料与器件基础

论文题目: 量子点敏化太阳能电池的研究论文评分标准

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摘要 (1)

Abstract (1)

1 光敏化太阳能电池 (2)

1.1 染料敏化太阳能电池 (2)

1.2 量子点敏化太阳能电池 (2)

2 量子点敏化太阳能电池的研究背景 (3)

2.1 量子点敏化太阳能电池的结构 (3)

2.1.1 透明导电玻璃 (3)

2.1.2 光电极 (3)

2.1.3 量子点光敏剂 (4)

2.1.4 电解质 (4)

2.1.5 对电极 (5)

2.2 量子点敏化太阳能电池的工作原理 (5)

2.3 量子点敏化太阳能电池的优势 (6)

2.3.1 量子限制效应 (6)

2.3.2 碰撞离化效应与俄歇复合效应 (7)

2.3.3 小带效应 (7)

2.4 量子点敏化太阳能电池的发展现状 (8)

2.5 量子点敏化电极的制备方法 (9)

3 量子点敏化太阳能电池的性能改善 (9)

3.1 量子点敏化太阳能电池研究进展中出现的问题[31] (9)

3.2 提升量子点敏化太阳能电池性能的方法 (10)

3.2.1 防护层处理 (10)

3.2.2 掺杂 (10)

3.2.3 共敏化 (10)

结论 (11)

参考文献 (12)

量子点敏化太阳能电池的研究

摘要：量子点敏化太阳能电池是兼具低成本和高理论转化效率的第三代太阳能电池。量子点敏化太阳能电池发展至今，其效率已经突破了5%，但是与染料敏化电池12%的效率相比还是存在着较大的距离。通过阅读这方面的相关文献，阐述了量子点敏化太阳能电池的结构（TCO、光电极、光敏化剂、电解质和对电极）、工作原理、优势、电极的几种制备方法及发展现状。从电荷复合、量子点的光捕获、光阳极的结构、电解质和对电极5个方面分析了量子点敏化电池效率低下的原因。同时，从方法的角度出发，介绍了防护层处理，掺杂和共敏化三种方法对量子点敏化太阳能电池性能的提升作用。

关键字：量子点敏化、太阳能电池、进展、性能提升

Abstract：Quantum dot-sensitized solar cells are regarded as a potential low-cost and high-efficiency photovoltaic cell as the third generation solar cell.The efficiency of the quantum dot-sensitized solar cells have broken through 5% up to now. But there is a large distance between the efficiency of the quantum dot-sensitized solar cell with that of the dye sensitization solar cell which is 12% . By reading the literature, and expounds the structure (TCO, light electrode, photosensitive agent, electrolyte and the electrode), working principle, advantages , several kinds of preparation methods and the current situation of the quantum dot-sensitized solar cell.Five aspects which are charge recombination, light harvesting, the structure of photoanode, the electrolyte were put forward as the reasons for the low efficiency of the quantum dot-sensitized solar cells. At the same time,from a methodological point of view,three methods that improved the performance of QDSSC as the protective layer processing,doping and cosensitization were introduced.

Key words: Quantum dot-sensitized、Solar cell、Progress、Performance improvement

1 光敏化太阳能电池

1.1 染料敏化太阳能电池

染料敏化太阳能电池(DSSC)，是近年来新开发的一种低成本且高光电转换效率的太阳能电池。相对于结晶硅太阳能电池，DSSC的最大竞争优势在于制备简单、原料便宜、污染性低、不需要大型无尘设备，甚至可利用低温烧结的TiO2以及柔性导电基体作成柔性太阳能电池[1]，其应用范围较广。目前它在电池效率上的最高纪录早已超过商业化所需的10%电池效率。

对DSSC电池来说，目前还存在着一些制约因素。

1．染料成本问题。目前反映使用效果最好的染料是RuL2(SCN)2，但是其中的金属钌属于稀有金属，来源很少，价格昂贵。另外这种染料的制备过程也是相当复杂，这就成了电池成本降低的一个限制因素。

2．与染料结合得到最高效率的二氧化钛易使染料发生光解，从而导致内部接触不良的问题，这对电池的循环利用是极为不利的。

3．在DSSC的研究过程当中，作为光敏化剂的染料的光谱吸收特性和稳定性是很重要的因素，现在的敏化剂存在的一个共同问题是吸收光谱的范围比较窄，如果能够研究或找到更宽吸收范围的敏化剂，对于提升光电转化率将大有裨益。

4．大量的研究证明，染料的多层吸附非但没有好处，反而可能阻碍电子的传输，从而使光电能量转换率下降[2]。

因此，寻找一种新型的光敏化材料代替染料，已经成为近来太阳能电池的一个研究热点。

1.2 量子点敏化太阳能电池

在太阳光的波长范围内，可分为三个主要区域，即波长较短的紫外光区、波长较长的红外光区和介于二者之间的可见光区。太阳辐射的能量主要分布在可见光区和红外区，前者占太阳辐射总量的50％，后者占43％。紫外区只占能量的7％。从太阳光的能量分布可以看到，所用来代替染料的敏化剂材料的吸收范围最好在可见光以及红外光区。

近期的研究表明，窄带隙的无机半导体材料可代替染料作为敏化剂，若将这些材料控制在量子效应范围内，则成为量子点敏化剂。使用量子点作为光敏剂的太阳能电池称为量子点敏化太阳能电池(Quantum Dot-sensitized Solar Cells, QDSSCs，以下简称QDSSC)。量子点材料同传统染料相比，具有价格低廉、吸收范围宽广和较为稳定等诸多优点。1998年Nozik首先发表了利用磷化铟(InP)半导体量子点(Quantum Dots)取代染料敏化太阳能电池中的钌(Ru)络合物的工作，开创了量子点敏化太阳能电池的先河[3,4]。量子点敏化材料具有量子点所特有的量子限制效应(Quantum Confinement Effect)、碰撞离化化效应(Impact Ionization)、俄歇效应(Auger Effect)以及小带结构，这些效应可用来增强光电转化效率。图1-1是量子点敏化电池的结构图。

Fig 1-1 The structure of Quantum Dot-sensitized Solar Cell (QDSSC)

2 量子点敏化太阳能电池的研究背景

2.1 量子点敏化太阳能电池的结构

量子点敏化太阳能电池的结构与染料敏化太阳能电池的结构相似，只是量子点取代了染料分子。它主要由透明导电玻璃,纳晶多孔半导体薄膜、量子点光敏剂、电解质和对电极几部分组成的三明治结构。

2.1.1 透明导电玻璃

透明导电玻璃(Transparent Conducting Oxide,TCO)是纳晶多孔半导体薄膜的载体，主要起着让光线透过，并收集注入到TiO2的电子将其传至外电路的作用。良好的TCO应同时具有高透过率和强导电性，常用的有掺氟氧化锡(Fluorine doped Tin Oxide,FTO)和掺铟氧化锡(Indium doped Tin Oxide,ITO)两种[5]。其中，ITO的电阻为7?/sq，FTO的电阻为8?/sq。两者最大的差异在于FTO的电阻不会因为经过高温煅烧而上升，适合后续TiO2高温烧结的制程。

2.1.2 光电极

半导体光电极利用其宽带隙的特性来提供电子传输的通路，它是光敏剂的载体，还负责将光敏剂激发产生的电子传输到导电玻璃。因此，对它的要求为：(1)对可见光透明，使光敏剂能吸收到足够的可见光而被激发；(2)具有一定的传导性，使电子可以传导到导电玻璃上；(3)具有高比表面积，使光敏剂能被充分地吸附；

(4)具有多孔结构,使电解液容易渗透[6]。

常用的半导体为TiO2，ZnO，SnO2[7]这三种n型半导体。其中TiO2最为常见，应用的范围最广，取得的效率最高。TiO2的优点为光稳定性好、价格低廉、抗腐蚀性强且无毒。TiO2有锐钛矿，金红石和板钛矿三种晶相。其中电子传导阻力较小的锐钛矿主要起电子传递作用，而有利于光子散射的金红石相则可起增加电子被激发机率的作用。以锐钛矿为主，混合适量的金红石相能结合两相的优点，提高电池的转化效率。其它的宽禁带半导体Nb2O5，In2O3和NiO等[8]都可用作光阳极。

Fig 2-1 Band gap of wide bandgap semiconductor

2.1.3 量子点光敏剂

量子点光敏剂,起吸收光子并激发产生电子的作用，是区别染料敏化太阳能电池的主要地方。对量子点光敏剂的要求为：(1)能够有效地附着在纳晶多孔半导体薄膜上；(2)在可见光区具有较宽的吸收范围和较强的吸光系数；(3)激发态寿命要长，以保证激发态将电子注入到半导体多孔膜内而不跃迁回基态；(4)与半导体多孔膜的能级结构相匹配，使激发的电子有效的注入到半导体的导带(ConductionBand, CB)。目前用到的量子点光敏化剂主要有CdSe、CdS、CdTe、PbS、AgS、InP、PbSe、InAs和AgSe等[9]。几种常用的窄禁带半导体与TiO2的能级结构见图2-2。

Fig 2-2 Band gap of narrow bandgap semiconductor and TiO2

2.1.4 电解质

电解质(Electrolyte, EL)—般由还原态(Reduced, Red)和氧化态(Oxidized, Ox)物质组成，起到还原氧化态敏化剂并使电流循环的作用[10]。换句话说，就是将累积在量子点价带上的空穴通过氧化还原反应向外传递，减少空穴密度以使得热电子不易与量子点的空穴发生再复合，因此电解质对量子点的还原速率必须大于量子点本身电子空穴复合的速率。理想的电池电解质应具备以下特性：

(1) 氧化/还原电势较低,使开路电压较大。

(2) 氧化/还原对在溶剂中的溶解度要高,以保证足够浓度的电子。

(3) 在溶剂中的扩散系数要大,以利于传质。

(4) 在可见光区没有很强的吸收,以免与敏化剂的吸收竞争。

(5) 其氧化态和还原态的稳定性要高,使用寿命要长。

(6) 自身有较快的氧化/还原可逆反应速率,有利于再生和电子传输。

(7) 不会腐蚀电池中的其它部分,如敏化剂、工作电极和对电极。

QDSSC 中的电解质可以分为液态电解质，准固态电解质，固态电解质。常用的氧化/还原对有I-/I3-，还有S2-/Sn2-、K4Fe(CN)6/K3Fe(CN)6等[11-13]。

2.1.5 对电极

QDSSC对电极的制作通常是在TCO上镀上一层数十纳米厚的金属薄膜来做为电池的阴极，作用是催化氧化态电解质迅速的被还原并与工作电极构成回路。此层金属薄膜通常选用铂金材质，其优点在于除了降低电阻外[14]，亦具有极高的活性，可扮演触媒的角色来促进氧化态电解质迅速的还原。除此之外，铂金可抵抗碘离子/碘电解质的腐蚀。良好的对电极应具备电阻小以及对所用的电解质的氧化还原反应催化活性好的特性。

2.2 量子点敏化太阳能电池的工作原理

图1-5同时也表示了量子点敏化太阳能电池的工作原理，即光电流的产生过程，电子通常经历以下七个过程[15]：

(1) 量子点(QD)受光激发由基态跃迁到激发态(QD*):

QD + hv →QD*

(2) 激发态量子点将电子注入到氧化物半导体的导带中(电子注入速率常数为k inj)：

QD* →QD+ + e-(CB)

(3) 氧化物导带(CB)中的电子在纳米晶网络中传输到后接触面(back contact，用BC表示)后而流入到外电路中：

e-(CB) → e-(BC)

(4) 纳米晶膜中传输的电子与进入TiO2膜孔中的I3-离子复合(速率常数用k et 表示)：

I3-+ 2e-(CB) → 3I-

(5) 导带中的电子与氧化态量子点之间的复合(电子回传速率常数为k b)：

QD++ e-(CB) → QD

(6) I3-离子扩散到对电极(CE)上得到电子再生：

I3-+ 2e-(CE) → 3I-

(7) I-离子还原氧化态量子点可以使量子点再生：

3I-+ 2QD+→ I3-+ QD

量子点激发态的寿命越长，越有利于电子的注入，而激发态的寿命越短，激发态分子有可能来不及将电子注入到半导体的导带中就已经通过非辐射衰减而跃迁到基态。(2)、(5)两步为决定电子注入效率的关键步骤。电子注入速率常数(k inj)与逆反应速率常数(k b)之比越大(一般大于3个数量级)，电荷复合的机会越小，电子注入的效率就越高。I-离子还原氧化态染料可以使量子点再生，从而使量子点可以反复不断地将电子注入到二氧化钛的导带中。I-离子还原氧化态量子点的速率常

数越大，电子回传被抑制的程度越大，这相当于I-离子对电子回传进行了拦截(interception)。步骤(5)是造成电流损失的一个主要原因，因此电子在纳米晶网络中的传输速度(步骤(3))越大,而且电子与I3-离子复合的速率常数k et越小，电流损失就越小，光生电流越大。步骤(7)生成的I3-离子扩散到对电极上得到电子变成I-离子(步骤(6))，从而使I-离子再生并完成电流循环。

在常规的半导体太阳能电池(如硅光伏电池)中，半导体起两种作用：其一为捕获入射光；其二为传导光生载流子。但是，对于量子点敏化太阳能电池，这两种作用是分别执行的[16]。当电解液注入电池中而充满整个TiO2多孔膜时，便形成半导体/电解质介面(SEI)，由于颗粒的尺寸仅为几十纳米，并不足以形成有效的空间电荷层来使电子空穴对分离，当量子点吸收光后，激发态电子注入TiO2导带在皮秒量级，而结合过程(电子返回染料基态) 在微秒量级，因此前者电子传递速率甚至可达后者的106倍，这样就形成了光诱导电荷分离的动力学基础，可看出光诱导分离非常有效，造成净电子流出，另一过程(电子与I3-结合) 经测量结果为10-11-10-9A/cm2，但可经过4-tert-butylpyridine 处理或制备复合电极来抑制。电子在多孔膜中的传递并不如在单晶中快，因此必须尽可能地减少电子通过路径与穿越晶界数，故存有一最佳膜厚对应最大光电流值。量子点敏化太阳能电池与p-n 结半导体电池不同之处，在于光捕获、电荷分离、电荷传递分别由量子点、量子点/半导体介面和纳米晶多孔膜分别担任，因此电子空穴对能有效地分离。

2.3 量子点敏化太阳能电池的优势

2.3.1 量子限制效应

当半导体体材构成的原子数极大时，电子能级呈现为连续的带状，实际上此带状能级是由无数能级间隔极小的电子能级所构成。当粒子尺寸下降时，原子数量大幅度减少使得电子能级间隔变大，连续状的能量带逐渐分裂，能带也因此变宽，电子能级随粒子尺寸的变化状况如图2-3所示。该效应使材料的光、电、磁等特性与体材料有极大的差异，其中吸收和发光光谱与粒子尺寸间有依赖(size-dependent)关系，如图2-4中所示，当粒径逐渐下降时，CdS的吸收及发光光谱都有明显的蓝移现象(blue shift)，代表能带宽度随着粒径的下降而增加。当粒径尺寸小于激子波耳半径，即到达量子尺寸[17]。

在量子尺度的空间中，由于电子被限制在狭小的范围内，平均自由程缩短，电子容易形成激子(exciton)，并产生激子吸收峰。粒径越小，激子的浓度越高，激子的吸收与发光效应将会更明显，这称为量子限制效应。

Figure 2-3 The change of energy band with different particle sizes.

Figure 2-4 UV/Vis absorption and photoluminescence (PL) spectra of the CdS nanocrystals with

different sizes.

2.3.2 碰撞离化效应与俄歇复合效应

碰撞离化效应，又名多激子激发效应(Multiple Exciton Generation, MEG)，是指在一半导体材料中，当外界提供大于两个能带的能量时，被激发的电子会以热电子的形式存在，当此热电子由高能级激发态回到低能级激发态时，所释放的能量可将另一个电子由价带激发至导带，此称为碰撞离化化效应。利用此效应，一个高能量的光子可以激发两个或数个热电子[18]。相对于碰撞离化效应，俄歇复合效应意指其中一个热电子与空穴因复合所释放的能量，可趋使另一个热电子向更高的能级跃迁，如此一来可以延长导带中热电子的寿命。但在半导体块材中热电子的冷却速度非常快，所以上述两个效应并不明显；然而，当半导体达量子点尺寸时，连续的导带逐渐分裂成许多细小的能级，使得热电子冷却速度变慢，所以碰撞离化化效应和俄歇复合效应能有效发挥。在文献中提到[19]，若以4eV的光子来激发硅晶中的电子(大约是3.6 倍硅晶之能带)，只能得到5% 的碰撞离化效率，也就是量子产率(Quantum yield)为105%。若改以3.9 nm的PbSe量子点为材料，并利用相当于4倍能带能量的光子来激发电子时，将可以得到300%的量子产率。又根据Shockley 和Queisser 的计算[20]，利用单一能带材料来吸光的太阳能电池其理论电池效率最高可达31%，这与目前结晶硅太阳能电池最佳的效率25%相差不远。然而，若利用量子点的碰撞离化及俄歇复合的效应，则量子点敏化太阳能电池的最高理论电池效率可达到66%[21]，远比单一能级的有机染料DSSC高出一倍，足见量子点在DSSC应用上的潜力。

2.3.3 小带效应

半导体材料在量子化后会产生能带分裂的现象，因此在各量子点之间会产生许多细小而连续的能级，如图2-5所示，称为小带。这种能级结构可以降低热电子

的冷却速率，且为热电子提供许多良好的传导和收集路径，使热电子能在较高能级处向外传出，因此可得到较高的光电压[22]。此效应与前述的碰撞离化化效应不同，通过碰撞离化化效应可增加电池的光电流，而小带效应则提高电池的光电压。量子点敏化剂与单一能带的有机染料相较，量子点敏化太阳能电池能通过碰撞离化效应得到高于100%的量子产率，利用俄歇复合效应提高热电子的寿命，通过小带使电子传向外电路并提高电池的光电压，此外通过量子点粒径的控制，或是混用不同吸光范围的量子点材料，将可达到媲美有机染料的全波长吸光。除此之外，量子点材料因具有耐热的特性，能适用的范围更广。因此量子点敏化太阳能电池被视为一个具高潜力的未来电池。

Figure 2-5 Configuration of miniband.

2.4 量子点敏化太阳能电池的发展现状

对于昂贵的染料，半导体是一个很好的替代品，经光子激发后电子可由量子点注入光阳极，如今已经有许多研究小组提出了实验证据。在量子点敏化太阳能电池的研究上，CdS[23]、CdSe[24]、InP、PbS、PbSe、InAs和PbTe[25]等都是热门的光敏化材料，此外，Au、Ag2S、Sb2S3和Bi2S3也有相关的研究发表。而现今最佳效率为碲化镉、硒化镉共敏化得到的4.2%。这些材料中CdS 的导带最低能级位置高于TiO2导带最低能级，有利于电子注入至TiO2电极上；而CdSe、CdTe、InP、PbS和PbSe等材料，具有较低能带，可吸收极广的可见光，甚至达红外光区域的吸收[26]。虽然量子点具备许多有机染料具有的理论效率高、价格低廉和性能稳定等优点，但目前使用量子点作为光敏化剂的研究仍是少数，发展也相当迟缓，所达到的最高转换效率也低于DSSC。对量子点染料敏化太阳能电池探讨的几个代表文献列于表1-1中。

2.5 量子点敏化电极的制备方法

量子点敏化半导体电极的制备有五种方法。

(1) 预先制备量子点,纯化后分散在溶液里，将纳米多孔TiO2薄膜浸入溶液中吸附量子点。由于量子点靠物理吸附作用结合，电池的稳定性较差。用双官能团的桥连分子(通常一端为羧基，与TiO2相连，一端为巯基,能牢固地结合在量子点表面)能稳定量子点，使其化学吸附而复合到TiO2薄膜的表面和孔洞中,也称自组装方法(self-assemble，SA)[27]。

(2) 在纳米多孔TiO2薄膜上原位合成量子点[28]。它也分两种，一种为连续化学浴沉积(successive chemical bath deposition,S-CBD)，又称连续离子层吸附与反应(successive ionic layer absorption and reaction,SILAR)，即将纳米多孔TiO2薄膜交替浸入两种盐溶液,在其表面生成量子点；另一种为化学浴沉积(chemical bathdeposition,CBD)，是将纳米多孔TiO2薄膜浸入同时含有阳离子和阴离子的前驱体的溶液中生成量子点。

(3) 喷雾热解法(spray pyrolysis deposition,SPD)[29]。将量子点的前驱溶液雾喷在预先放置在加热板上的多孔半导体薄膜上，在加热的条件下，前驱溶液会产生量子点附在多孔半导体薄膜上。

(4) 电沉积方法(electrodeposition,ED)。将预先制备好的量子点在加压后电场的作用下沉积在多孔半导体薄膜工作电极上[30]。

3 量子点敏化太阳能电池的性能改善

3.1 量子点敏化太阳能电池研究进展中出现的问题[31]

QDSC中QD上的光生电子在注入TiO2的同时，还经受着电子的辐射复合(r )和无辐射复合(r nr)，以及QD上的缺陷捕获电子和电子与电解质的复合(r f)；而当QD将电子注入到TiO2导带但还未被收集之前，还会经历与QD的表面态复合；与QD中的空穴复合。由此可见染料在DSC的复合中不起直接作用，而在QDSC

中QD直接参与复合过程，复合的过程竟然有5种之多，这一点使它与DSC具有显著的不同，复合过程的存在会降低电子的注入效率，从而降低了入射光电转换效率(IPCE)。

QDSC中使用到的吸光剂主要是Ⅱ-Ⅵ组化合物CdS、CdSe和CdTe或者其中几种QD的联合使用[32]。作为QD材料，当其尺寸小于激子波尔半径时，其尺寸的变化是会伴随着带隙的变化，从而改变着QD吸收太阳光的起始位置。

量子点敏化太阳能电池的效率始终无法与染料敏化太阳能电池的效率相比，其中一个原因就是量子点的附着量太低（因为其尺寸大）。

QDSC中用到的电解质通常为Na2S，S的水溶液，但是因为水的表面张力大，难于渗透到TiO2膜的介孔中，因此光电极和电解质不能紧密接触，导致它对QD 还原能力的发挥不完全，电池性能就差。

3.2 提升量子点敏化太阳能电池性能的方法

QDSC的性能可以从两个方面提升，一个方面是组成电池各部分材料的性能改善，另一方面是从方法的角度对电池性能进行改善。

3.2.1 防护层处理

TiO2薄膜中存在着大量的表面态。Zhang等[33]在TiO2表面制备了SrTiO3层，钝化了TiO2的表面态，形成夹层的能带结构显著降低了电极表面的电荷复合，使电池的外量子效率增加了70%。Zhu等[34]在TiO2/CdS电极间加入ZnO层，引入了能量壁垒并钝化了TiO2膜表面缺陷，从而有利于电子传输，降低电荷复合。

量子点也存在表面态。Shen等[35]用ZnS修饰CdSe量子点的表面后，电池的光电流密度，开路电压和光电转化效率都有显著提高。

3.2.2 掺杂

碳纳米管具有良好的导电性能和化学稳定性。引入碳纳米管层能够提高电荷收集效率，抑制暗电流。Lee等[36]报道了在ITO上喷涂了单壁碳纳米管( SWCNTs) 之后制备CdS /TiO2量子点敏化电池。发现SWCNTs在光照下增加了短路电流，在黑暗条件下减少了暗电流。表明SWCNTs在TiO2/CdS和ITO间形成了势垒，抑制了电子从TiO2或CdS量子点的导带向电解质的转移。由于提高了电荷收集效率，减少了电荷复合，能量转换效率增加了50%。石墨烯[37]由于具有良好的导电性和电子传输性能，也被掺入二氧化钛膜中用作光阳极，起到抑制电子复合和提高电子传输的作用。

3.2.3 共敏化

量子点单一敏化受吸收光谱的限制，难以与太阳的发射光谱相匹配，采用共敏化可使吸收光谱互补，拓宽光谱响应范围，提高电极的太阳光利用率。Ivan等将N3染料分子附在CdSe量子点上，检测到N3染料分子使得量子点注入到TiO2薄膜内的电子增加了5倍[38]。此外，CdS，PbS量子点都被用来与染料进行了共敏化[39]，这些量子点的作用是增强光吸收，拓宽吸收范围，降低电荷复合。将不同尺寸或不同类型的量子点进行共敏化能有效提高量子点敏化电池的转化效率[40]。Yang 等[41]制备了PbS，CdS量子点敏化的TiO2纳晶薄膜光电化学电极。结果表明共敏化的TiO2/PbS/CdS/ZnS电极在400 nm光照下产生了近100%的IPCE，并且电极的光稳定性得到很大提高。

结论

作为新一代太阳能电池，量子点敏化太阳能电池具有成本低廉、制作工艺简单，理论转化效率高的优点，但目前的转化效率不高，还有很大的研究空间和发展前景。文中从电荷复合、量子点的光捕获、光阳极的结构、电解质和对电极5个方面分析了量子点敏化太阳能电池效率仍远低于染料敏化太阳能电池的原因，以及针对以上5个方面相关研究者们采取的改进措施。量子点敏化太阳能电池中的电荷复合严重影响着其光电转化效率，研究结果显示目前的制备技术如在量子点敏化剂上沉积钝化层，在FTO电极上制备TiO2致密层以及优化量子点敏化剂厚度和TiO2膜的厚度都可以显著降低复合效率，从而提高QDSC的光电转化效率。量子点敏化太阳能电池中最常用到的光敏化剂是CdSe，CdSe通常只能吸收650nm 以下波长的太阳光，通过使用窄带隙的PbS量子点或者将CdSe与有机染料共敏化可以将吸光范围向650nm以上扩展，从而可以提高敏化剂的光捕获效率。至于的光阳极结构，由于量子点的尺寸大于有机染料的尺寸，因而需要利用大尺寸的半导体颗粒或大管径的纳米管来制备氧化物半导体膜，以使量子点敏化剂有效地附着，以及电解质的渗透。对于电解质来说，因此开发高效稳定的液态电解质或开发出高效率的固态电解质解决电解质不够高效的方法之一。

参考文献

[1] Fu Y.S, Sun J., Xie Y.,et al. ZnO hierarchical nanostructures and application on high-efficiency

dye-sensitized solar cells [J].Materials Science and Engineering B-Advanced Functional Solid-State Materials ,2010,166(3):196-202.

[2] Green M. A., Emery K., Hishikawa Y., et al. Solar cell efficiency tables (version 39). Prog.

Photovolt: Res.Appl., 2012, 20(1): 12-20.

[3] Yella A., Lee H.W.,Tsao H.N.,et al. Porphyrin-Sensitized Solar Cells with Cobalt (II/III)-Based

Redox Electrolyte Exceed 12 Percent Efficiency. Science, 2011, 334:629-633.

[4] Chang J A, Im S H, Lee Y H, et al. Panchromatic photon-harvesting by hole-conducting materials

in inorganic-organic heterojunction sensitized-solar cell through the formation of nanostructured electron channels. Nano Lett, 2012, 12: 1863-1867.

[5] Lee J W, Son D Y, Ahn T K, et al. Quantum-dot-sensitized solar cell with unprecedentedly high

photocurrent. Sci Rep, 2013, 3: 1050.

[6] Etgar L, Moehl T, Gabriel S, et al. Light energy conversion by mesoscopic PbS quantum

dots/TiO2 heterojunction solar cells. ACS Nano,2012, 6: 3092-3099.

[7] Santra P K, Nair P V, Thomas K G, et al. CuInS2-sensitized quantum dot solar cell.

Electrophoretic deposition, excited-state dynamics, and photovoltaic performance. J Phys Chem Lett, 2013, 4: 722-729.

[8] Hu X, Zhang Q, Huang X, et al. Aqueous colloidal CuInS2 for quantum dot sensitized solar cells.

J Mater Chem, 2011, 21: 15903-15905.

[9] Sambur J B, Novet T, Parkinson B A. Multiple exciton collection in a sensitized photovoltaic

system. Science, 2010, 330: 63-66.

[10] Jou J H, Shen S M, Lin C R, et al. Efficient very-high color rendering index organic

light-emitting diode[J]. Organic Electronics, 2011, 12(5): 865-868.

[11] Im J H, Lee C R, Lee J W, et al. 6.5% efficient perovskite quantum-dot-sensitized solar cell.

Nanoscale, 2011, 3: 4088-4093.

[12] Yoo B, Kim K J, Bang S Y, et al. Chemically deposited blocking layers on FTO substrates:

Effect of precursor concentration on photovoltaic performance of dye-sensitized solar cells. J Electroanal Chem, 2010, 638: 161-166.

[13] Roh S J, Mane R S, Min S K, et al. Achievement of 4.51% conversion efficiency using ZnO

recombination barrier layer in TiO2 based dye-sensitized solar cells. Appl Phys Lett, 2006, 89: 253512.

[14] Kim J, Choi H, Nahm C, et al. The effect of a blocking layer on the photovoltaic performance in

CdS quantum-dot-sensitized solar cells. J Power Sources, 2011, 196: 10526-10531.

[15] Guan J, Zhang J, Yu T, et al. Interfacial modification of photoelectrode in ZnO-based

dye-sensitized solar cells and its efficiency improvement mechanism. RSC Adv, 2012, 2: 7708-7713.

[16] González-Pedro V, Xu X Q, Mora-SeróI, et al. Modeling high-efficiency quantum dot

sensitized solar cells. ACS Nano, 2010, 4:5783-5790.

[17] Yella A, Lee H W, Tsao H N, et al. Porphyrin-sensitized solar cells with cobalt (II/III)-based

redox electrolyte exceed 12 percent efficiency. Science, 2011, 334: 629–634.

[18] Chung I, Lee B, He J, et al. All-solid-state dye-sensitized solar cells with high efficiency. Nature,

2012, 485: 486-489.

[19] Tian H N, Yang X C, Chen R K, et al. A metal-free “black dye” for panchromatic dye-sensitized

solar cells. Energy Environ Sci, 2009,674-677.

[20] Yum J H, Baranoff E, Wenger S, et al. Panchromatic engineering for dye-sensitized solar cells.

Energy Environ Sci, 2011, 4: 842-857.

[21] Jung S W, Kim J H, Kim H, et al. CdS quantum dots grown by in situ chemical bath deposition

for quantum dot-sensitized solar cells. J Appl Phys, 2011, 110: 044313.

[22] Zhang Q, Chen G, Yang Y, et al. Toward highly efficient CdS/CdSe quantum dots-sensitized

solar cells incorporating ordered photoanodes on transparent conductive substrates. Phys Chem Chem Phys, 2012, 14: 6479-6486.

[23] Zhu G,Pan L. K., Xu T" Sun Z.,et al. Microwave assisted chemical bath deposition of CdS on

TiO2 film for quantum dot-sensitized solar cells. J. Electroanal. Chem.,2011,659(2): 205-208. [24] Zhu G, Pan L. K., Xu T., et al. One-Step Synthesis of CdS Sensitized TiO2 Photoanodes for

Quantum Dot-Sensitized Solar Cells by Microwave Assisted Chemical Bath Deposition Method.

ACS Appl. Mater. Interfaces, 2011, 3(5):1472-1478.

[25] Lee Y. H., Im S. H., Rhee J. H., et al. Performance enhancement through post-treatments of

CdS-sensitized solar cells fabricated by spray pyrolysis deposition.ACS. Appl. mater. Interface, 2010, 2(6): 1648-1652.

[26] Zhu G., Lv T" Pan L. K., et al. All spray pyrolysis deposited CdS sensitized ZnO films for

quantum dot-sensitized solar cells. J. Alloys Compd., 2011, 509(2):362-365.

[27] Salant A,, Shalom M., Hod I., et al. Quantum Dot Sensitized Solar Cells with Improved

Efficiency Prepared Using Electrophoretic Deposition. ACS Nano 2010,4(10): 5962-5968. [28] Chen J., Lei W., Li C, et al. Flexible quantum dot sensitized solar cell by electrophoretic

deposition of CdSe quantum dots on ZnO nanorods. Phys. Chem.Chem. Phys., 2011,13(29): 13182-13184.

[29] Zeng T,Tao H. Z" Sui X. T" et al. Growth of free-standing TiOi nanorod arrays and its

application in CdS quantum dots-sensitized solar cells. Chem. Phys. Lett., 2011,508(1-3): 130-133.

[30] Yu X. Y., Lei B. X., Kuang D. B., et al. Highly efficient CdTe/CdS quantum dot sensitized solar

cells fabricated by a one-step linker assisted chemical bath deposition. Chem. Sci, 2011, 2(7): 1396-1400.

[31] 吴春芳, 魏杰. 量子点敏化太阳能电池研究进展中出现的问题及其解决方案[J]. 功能材料,

2013, 44(1): 1-7.

[32] Ardalan P., Brennan T. P., Lee H. B. R., et al. Effects of Self-Assembled Monolayers on

Solid-state CdS Quantum Dot Sensitized Solar Cells. ACS Nano, 2011, 5(2):1495-1504. [33] Zhang J,Tang C. C, Bang J.H,CdS /TiO2-SrTiO3 heterostructure nanotube arrays for improved

solar energy conversion efficiency[J]. https://www.sodocs.net/doc/c814996179.html,mun, 2010, 12 (8): 1124-1128.

[34] Zhu G,Pan L. K,Xu T,et al. Cascade structure of TiO2 /ZnO/CdS film for quantum dot sensitized

solar cells [J]. J. Alloys Compd,2011,509( 29) : 7814-7818.

[35] Shen Q,Kobayashi J,DigunaL. J, et al. Effect of ZnS coating on the photovoltaic properties of

CdSe quantum dot-sensitized solar cells [J]. J.Appl.Phys,2008,103( 8) :084304-5.

[36] Shu T,Xiang P,Zhou Z. M, et al. Mesoscopic nitrogen-doped TiO2spheres for quantum dot-

sensitized solar cells[J]. Electrochi Acta,2012,68( 30) : 166-171.

[37] Santra P K, Kamat P V. Mn-doped quantum dot sensitized solar cells: A strategy to boost

efficiency over 5%. J Am Chem Soc, 2012, 134:2508–2511.

[38] Santra P. K,Kamat P,V. Mn-Doped quantum dot sensitized solar cells: a strategy to boost

efficiency over 5%[J]. J. Am. Chem. Soc,2012,134( 5) : 2508-2511.

[39] Li T. L,Lee Y. L,Teng H,et al. High-performance quantum dot-sensitized solar cells based on

sensitization with CuInS2 quantum dots /CdS heterostructure[J]. Energy Environ. Sci,2012,5(1) : 5315-5324.

[40] Chang J A, Rhee J H, Im S H, et al. High-performance nanostructured inorganic organic

heterojunction solar cells. Nano Lett, 2010, 10:2609-2612.

[41] Yang S. H,Huang C. H,Zhai J,et al. High photostability and quantum yield of nanoporous TiO2

thin film electrodes co-sensitized withcapped sulfides[J]. J. Mater. Chem,2002,12( 5) : 1459-1464.

太阳能电池发展现状综述

太阳能电池发展现状综述 摘要：随着社会的发展，传统能源消耗殆尽,能源越来越收到重视。其中发展前景最为广阔的莫过于太阳能。太阳能绿色环保，因此逐渐受到了人们的普遍重视。太阳能已成为新能源领域最具活力的部分，世界各国都致力于发展太阳能。本文主要阐述了太阳能电池的发展历程，太阳能电池的种类，太阳能电池的现状以及发展前景. 关键词：太阳能电池；太阳能电池种类；发展现状； Narration on the Current Situation of Solar Battery Abstract:With the development of society, traditional energy will be used up in a short time.Eneygy are being payed more and more attention.And the solar energy is the most promising.Because of its’environmental protection,it gets widespread attention. Solar energy has become the most vibrant part among the new energy field,and all countrise tried their best to develop solar energy.This article mainly explains the development of solar battery,the types of solar battery,curent situation of solar battery and its’ prospect. Key Words:solar battery; types of solar battery; curent situation of solar battery 1引言 随着经济的发展，能源的重要性日趋凸显。但是石油、煤等不可生起源消耗殆尽，人们开始探索新的能源。太阳能取之不尽用之不竭，因此受到了人们的亲睐。在太阳能电池领域中，太阳能的光电利用是近些年来发展最快、最具活力的研究领域[1]．太阳能电池的研制和开发日益得到重视．制作太阳能电池主要是以半导体材料为基础．其工作原理是利用光电材料吸收光能后发生的光电子转化反应。根据所用材料的不同，太阳能电池可分为：①硅太阳能电池；②以无机盐如砷化镓Ⅲ一V化合物、硫化镉、铜铟硒等多元化合物为材料的电池；③纳米晶太阳能电池等。不论以何种材料来制作电池，对太阳能电池材料一般的要求有：①半导体材料的禁带不能太宽；②要有较高的光电转换效率；③材料本身对环境不造成污染；④材料便于工业化生产且材料性能稳定。基于以上几个方面考虑，硅是最理想的太阳能电池材料[2]．这也是太阳能电池以硅材料为主的主要原因. 本文简要地综述了太阳能电池发展进程，太阳能电池的种类，以及发展现状，并讨论了太阳能电池的发展趋势。 2太阳能电池现状及其前景

精选钙钛矿太阳能电池研究综述资料

精品文档 钙钛矿太阳能电池 引言 21世纪以来，人口急剧增长，能源和环境问题日益明显。目前，人们主要消耗的是不可再生能源，例如煤、天然气、石油等化石燃料。而未来人类还需大量的能源，故人类正在积极开发新能源。 而太阳能具有清洁、无污染、分布广并且能量充分，是目前广大科研人员的研究重点。而光伏为开发太阳能的主要对象，主要其具有安全、清洁、成本低廉等优点。目前，市场上主要为第一代硅基太阳能电池，大约占了90%，其余的约10%被CdTe和GIGS为代表的第二代薄膜太阳能电池所占据。然而，硅基太阳能电池在原材料和制造上，其成本都比较高，工艺较复杂。因此，人们正在努力开发高效率、低成本的新型太阳能电池。如钙钛矿太阳能电池[1]。 近年来，钙钛矿太阳能电池由于光电效率高，工艺简单等一些优异性能而受到人们的广泛关注。现如今广大研究人员正在大力研究，开发钙钛矿太阳能电池，其光电转化效率正在不断突破、提高，有可能达到甚至超过单晶硅太阳电池（25.6%）的水平。其中钙钛矿太阳能电池的光电转化效率被证实已达到了20. 1%[2]，这项重大的成就于2013 年度，成功被Science 评选为十大科学突破之一[3]。 一钙钛矿太阳能电池的发展历程 人们从十年以前就开始研究钙钛矿型结构化合物，刚开始由于其具有优异的光子传导性以及半导体特性，而被应用于薄膜晶体管和有机发光二极管中。[4] 2009 年，Miyasaka 等[5]首先制得钙钛矿结构的太阳能电池，它主要是以 CH3NH3PbBr和CHNHPbI为光敏化剂。这成功地跨出了钙钛矿太阳能电池发3333展的第一步，也为钙钛矿太阳能电池发展奠定了重要的基础。 2011年，Park 等[6]以CHNHPbI为光敏化剂，通过改善工艺及优化原料333组分比，成功制备了光电转化效率为6. 54%的钙钛矿太阳能电池，其结构和性能得到了一定的提升。 精品文档． 精品文档 2012年，Snaith 等[7]利用CHNHPbICl作为光吸收剂，并且将结构中的233TiO层用AlO层进行替代，最终电池的效率增加到10.9%。钛矿太阳能电池逐322渐引起了科研人员的广泛关注，进入了高速发展阶段。 2013 年，钙钛矿太阳能电池在结构以及性能上，都得到了进一步的优化。Gratzel 等[8]制备了光电转化效率为15% 的钙钛矿太阳能电池，所采用的方法是两步连续沉积法。同年，Snaith 等[9]采用双源蒸镀法成功制备了平面异质结钙钛矿太阳能电池，其光电转换效率为15. 4%。 2014 年，Han 等[10]采用全印刷的手段来制备无空穴传输层，同时用碳电极取代金属电极，成功制备了光电转化效率为11. 60%的钙钛矿太阳能电池。Kelly 等

染料敏化太阳能电池工艺以及研究现状

染料敏化太阳能电池工艺以及研究现状张安玉1309050319

染料敏化太阳能电池工艺以及研究现状 张安玉 摘要:染料敏化太阳能电池是一种新型的太阳能电池，由于其制作工艺简单，制造成本低廉，有着广泛的应用前景，是太阳能电池的重要发展方向。其中，染料敏化剂是太阳能电池的重要组成部分，已成为研究的热点。本文主要介绍染料敏化太阳电池的组成结构和工作原理，综述了染料敏化太阳能电池的研究现状，论述了光阳极上半导体薄膜的制备、改性方法；阐述了敏化染料和氧化还原电解质的要求、特点和分类。指出高性能半导体薄膜、光谱响应宽稳定性好的敏化染料以及高效全固态电解质的研发与应用是今后的主要研究方向。并对未来的发展趋势和前景进行展望。 关键词: 染料敏化太阳能电池；光阳极；敏化染料 太阳能是一种取之不尽、用之不竭的清洁能源，如何有效地将太阳能转化为电能或其他可利用的能源是物理和化学界的重大课题．其中太阳能电池是研究的热点项目，目前发展最成熟的是硅基太阳能电池，该类型电池实验室光电转换效率已接近25%，与理论值的29%非常接近。但是它对材料的纯度要求较高，制作工艺复杂，成本昂贵，这极大地限制了它的广泛应用。 目前发展成熟的太阳能电池是硅基太阳能电池，单晶硅太阳能电池的效率已达到25% 以上[1]，但是它对材料的纯度要求高、制作工艺复杂、成本昂贵，这极大地限制了它的广泛应用。1991 年，瑞士洛桑高等工业学院的Gratzel 教授及其小组报道了染料敏化纳米晶太阳能电池（dye-sensitized solar cells，DSSC）的光电转化效率为7.1%[2]，从此由于它简单的制作工艺、相对高的光电转化效率、低廉的成本等优点迅速成为广大科学家及科学工作者的研究热点与重点。1染料敏化太阳能电池（DSSC）的结构与原理 1.1结构 DSSC 的结构是典型的“三明治”结构，光敏染料太阳能电池的构造和原理如图1，一般是由光阳 极、敏化染料、氧化还原电解质以及对电极（通常为铂电极）组成。其中光阳极包括：透明导电基底（这里为导电玻璃）、纳米多孔半导体。 图 1 染料敏化太阳能电池的结构与工作原理示意图

太阳能电池的发展历史

龙源期刊网 https://www.sodocs.net/doc/c814996179.html, 太阳能电池的发展历史 作者：张金晶 来源：《商情》2016年第26期 【摘要】相对于风能、地热能、生物能和潮汐能等新能源，太阳能以污染小、可利用率高、资源分布广泛和使用安全可靠等优点，成为最具有发展前景的能源之一。目前，随着太阳能电池制备技术的不断完善，其技术的开发应用已经走向商业化、大众化，特别是一些小功率、小器件的太阳能电池在一些地区都已经大量生产而且广泛使用。所以谁先开发光电转换效率高、制备成本低的太阳能电池就能在将来的市场抢占先机。 【关键词】太阳能单晶硅薄膜电池 引言：随着社会的飞速发展，能源是影响当今社会进步的重要因素，但是现阶段人类社会发展大部分还是依靠化石能源提供能量。可是化石能源分布极不均衡，并且不可再生，而且燃烧化石能源带来的环境污染、雾霾气候和温室效应严重影响到了人类社会的可持续发展。然而太阳能是一种可再生清洁能源，可以提供充足的能量供人类使用，因此开发新能源，是人类社会薪火相传，世代相传的重要保证。 此外，不可再生能源的过快消耗对当今的环境形势提出了新的挑战。例如如何解决温室效应，臭氧空洞等问题。有限的化石能源以及在开发利用不可再生能源的过程中出现的负面影响，不仅阻碍了人类经济的飞速发展，而且还严重影响到社会的可持续发展。因此，发展一种新型能源已然成为世界各国提升自己综合国力和倡导能源发展的一个重要手段。 1. 第一代太阳能电池 第一代太阳能电池是发展时间最久，制备工艺最为成熟的一代电池，一般按照研究对象我们将其可分为单晶硅、多晶硅、非晶硅电池。按照应用程度来说前两者单晶硅与多晶硅在市场所占份额最多，商业前景最好。 单晶硅太阳电池和多晶硅太阳电池。从单晶硅太阳能电池发明开始到现在，尽管硅材料有各种问题，但仍然是目前太阳能电池的主要材料，其比例约占整个太阳电池产量的90%以上。我国北京市太阳能研究所从20世纪90年代起开始进行高效电池研究，采用倒金字塔表面织构化、发射区钝化、背场等技术，使单晶硅太阳能电池的效率达到了19.8%。多晶硅太阳能电池的研究开发成本较低，稳定性也比较好，这两大优势引起了科研工作者的注意。其光电转换效率随着制备工艺的成熟不断提高，它达到的最高的光电转换效率为21.9%，但是它的电池效率在目前的太阳能电池中仍处于一般水平。 2.第二代太阳能电池

(完整版)钙钛矿太阳能电池研究综述

钙钛矿太阳能电池 引言 21世纪以来，人口急剧增长，能源和环境问题日益明显。目前，人们主要消耗的是不可再生能源，例如煤、天然气、石油等化石燃料。而未来人类还需大量的能源，故人类正在积极开发新能源。 而太阳能具有清洁、无污染、分布广并且能量充分，是目前广大科研人员的研究重点。而光伏为开发太阳能的主要对象，主要其具有安全、清洁、成本低廉等优点。目前，市场上主要为第一代硅基太阳能电池，大约占了90%，其余的约10%被CdTe和GIGS为代表的第二代薄膜太阳能电池所占据。然而，硅基太阳能电池在原材料和制造上，其成本都比较高，工艺较复杂。因此，人们正在努力开发高效率、低成本的新型太阳能电池。如钙钛矿太阳能电池[1]。 近年来，钙钛矿太阳能电池由于光电效率高，工艺简单等一些优异性能而受到人们的广泛关注。现如今广大研究人员正在大力研究，开发钙钛矿太阳能电池，其光电转化效率正在不断突破、提高，有可能达到甚至超过单晶硅太阳电池（25.6%）的水平。其中钙钛矿太阳能电池的光电转化效率被证实已达到了20. 1%[2]，这项重大的成就于2013 年度，成功被Science 评选为十大科学突破之一[3]。 一钙钛矿太阳能电池的发展历程 人们从十年以前就开始研究钙钛矿型结构化合物，刚开始由于其具有优异的光子传导性以及半导体特性，而被应用于薄膜晶体管和有机发光二极管中。[4] 2009 年，Miyasaka 等[5]首先制得钙钛矿结构的太阳能电池，它主要是以 CH3NH3PbBr 3和CH 3 NH 3 PbI 3 为光敏化剂。这成功地跨出了钙钛矿太阳能电池发展的 第一步，也为钙钛矿太阳能电池发展奠定了重要的基础。 2011年，Park 等[6]以CH 3NH 3 PbI 3 为光敏化剂，通过改善工艺及优化原料组 分比，成功制备了光电转化效率为6. 54%的钙钛矿太阳能电池，其结构和性能得到了一定的提升。

太阳能电池发展现状及存在的主要问题

太阳能电池发展现状及存在的主要问题 晨怡热管2008-10-17 23:05:45 一、2005年国际太阳能电池产业发展情况 2005年，世界太阳能电池总产量1656MW，其中日本仍居首位，762M W，占世界总产量的46％，欧洲为464M W，占总产量的28％，美国156M W，占总产量的9％，其他274MW，占总产量的17％。 2004年全球前14位太阳能电池公司总产量达到1055MW，占当年世界总产量的88.3％，近五年来，日本Sharp公司一直领先，2004年产量达到324MW，见表1。

以2004年数据分析，各种太阳能电池中硅基太阳能电池占总产量的98％，晶体硅太阳能电池占总产量的84.6％，多晶硅太阳能电池占总量的56％，见表2。

2005年，世界光伏市场安装量1460M W，比2004年增长34％，其中德国安装最多，为837MW，比2004年增长53％，占世界总安装量的57％；欧洲为920MW，占总世界安装量的63％，日本安装量292M W，增幅为14％，占世界总安装量的20％；美国安装量为102MW，占世界总安装量的7％，其他安装量为146M W，占世界总安装量的10％。

至2005年全世界光伏系统累计安装量已超过5GW，2005年一年内投资太阳能电池制造业的资金超过10亿美元。现在，一个世界性的问题是制造太阳能的电池的硅原材料紧缺，尽管2005年全世界硅原材料供应增长了12％，但仍然供不应求，国际上长期供货合同抬价25％。持续的硅材料紧缺将对2006年太阳能电池生产产生较大的影响，预计2006年世界太阳能电池产量的增幅将不限制在10％左右。要解决硅材料的紧缺问题预计将需要5年以上的时间。 根据光伏市场需求预测，到2010年，全世界光伏市场年安装量将在3.2G到3.9GW之间，而光伏工业年收入将达到186美元到231亿美元。 日本和欧美各国都提出了各自的中长期PV发展路线图。 按日本的PV路线图（TV Roadmap 2030），到2030年PV电力将达到居民电力消耗的50％（累计安装容量约为100GW），具体的发展目标见表3和表4。

硅基太阳能电池的发展及应用

.. 硅基太阳能电池的发展及应用 摘要：太阳能电池是缓解环境危机和能源危机一条新的出路，本文介绍了硅基太阳能电池的原理，综述了硅基太阳电池的优点与不足，以及硅基太阳能电池和其他太阳能电池的横向比较，硅基太阳能电池在光伏产业中的地位，并展望了发展趋势及应用前景等。 关键词：硅基太阳能电池转换效率 1引言 二十一世纪以来，全球经济增长所引发的能源消耗达到了空前的程度。传统的化石能源是人类赖以生存的保障，可是如今化石能源不仅在满足人类日常生活需要方面捉襟见肘，而且其燃烧所排放的温室气体更是全球变暖的罪魁祸首。随着如今全球人口突破70亿，能源的需求也在过去30年间增加了一倍。特别是电力能源从上世纪开始，在总能源需求中的比重增长迅速。中国政府己宣布了其在哥本哈根协议下得承诺，至2020年全国单位国内生产总值二氧化碳排放量比2005年下降40% --45%，非化石能源占一次能源消费的比重提高至少15%左右【6】。 目前太阳能电池主要有以下几种：硅太阳能电池，聚光太阳能电池，无机化合物薄膜太阳能电池，有机化合物薄膜太阳能电池，纳米晶薄膜太阳能电池，叠层薄膜太阳能电池等，其材料主要包括产生光伏效应的半导体材料，薄膜衬底材料，减反射膜材料等【5】。

（图1：太阳能电池的种类） 太阳电池的基本工作原理是：在被太阳电池吸收的光子中，那些能量大于半导体禁带宽度的光子，可以使得半导体中原子的价电子受到激发，在p区、空间电荷区和n区都会产生光生电子左穴对，也称光生载流子。这样形成的光生载流子由于热运动，向各个方向迁移。光生载流子在空间电荷区中产生后，立即被内建电场分离，光生电子被推进n区，光生空穴被推进p区。因此，在p-n结两侧产生了正、负电荷的积累，形成与内建电场相反的光生电场。这个电场除了一部分要抵消内建电场以外，还使p型层带正电，n型层带负电，因此产生了光生电动势，这就是光生伏特效应(简称光伏)。

异质结太阳能电池综述

异质结太阳能电池研究现状 一、引言： 进入21世纪，传统的化石能源正面临枯竭，人们越来越认识到寻求可再生能源的迫切性。据《中国新能源与可再生能源发展规划1999白皮书统计，传统化石能源随着人们的不断开发已经趋于枯竭的边缘，各种能源都只能用很短的时间，石油：42年，天然气：67年，煤：200年。而且，由于大量过度使用这些能源所造成的环境污染问题也日益严重，每年排放的二氧化碳达210万吨，并呈上升趋势，二氧化碳的过度排放是造成全球气候变暖的罪魁祸首；空气中大量二氧化碳、粉尘含量已严重影响人们的身体健康和人类赖以生存的自然环境。正是因为这些问题的存在，人们需要一种储量丰富的洁净能源来代替石油等传统化石能源。而太阳能作为一种可再生能源正符合这一要求。太阳能每秒钟到达地面的能量高达80万千瓦，若把地球表面0.1%的太阳能转为电能，转变率5%，每年发电量就可达5.6×1012千瓦小

时。而我国太阳能资源非常丰富，理论储量达每年1700亿吨标准煤，太阳能资源开发利用的前景非常广阔。在太阳能的有效利用中,太阳能光电利用是近些年来发展最快,最具活力的研究领域,是其中最受瞩目的项目之一。太阳能电池的研制和开发日益得到重视。本文简要地综述了各种异质结太阳能电池的种类及其国内外的研究现状。 二、国外异质结太阳能电池 1、TCO/TiO2/P3HT/Au三明治式结构的p-n异质结的太阳能电池 2005年5月份，Kohshin Takahashi等发表了TCO/TiO2/P3HT/Au三明治式结构的p-n异质结的太阳能电池，电池结构如图1。 图1 ITO/PEDOT:PSS/CuPc/PTCBI/Al结构太阳能电池 简图 图2 TCO/TiO2/P3HT/Au电池结构示意图 同时采用了卟啉作为敏化剂吸收光子，产生的电子注入

染料敏化太阳能电池学术发展简史

染料敏化太阳能电池学术发展简史 2016-05-07 13:13来源：内江洛伯尔材料科技有限公司作者：研发部 基于钌化合物的染料敏化太阳能电池 1839年，Becquerel发现氧化铜或卤化银涂在金属电极上会产生光电现象，证实了光电转换的可能。 1960年代，H.Gerischer，H.Tributsch，Meier及R.Memming发现染料吸附在半导体上并在一定条件下产生电流的现象，成为光电化学电池的重要基础。 1980年代, 光电转换研究的重点转向人工模拟光合作用，美国州立Arizona大学的Gust和Moore研究小组成功模拟了光合作用中光电子转换过程，并取得了一定的成绩。Fujihia等将有机多元分子用L B 膜组装成光电二极管，开拓了这方面的工作。 1970年代到90年代，R.Memming，H.Gerischer，Hauffe，H.Tributsh等人大量研究了各种染料敏化剂与半导体纳米晶间光敏化作用，研究主要集中在平板电极上，这类电极只有表面吸附单层染料，光电转换效率小于1%。 1991年，Graetzel M.于《Nature》上发表了关于染料敏化纳米晶体太阳能电池的文章以较低的成本得到了>7%的光电转化效率，开辟了太阳能电池发展史上一个崭新的时代,为利用太阳能提供了一条新的途径。 1993年,Graetzel M.等人再次研制出光电转换效率达10 %的染料敏化太阳能电池, 已接近传统的硅光伏电池的水平。 1997年，该电池的光电转换效率达到了10%－11%，短路电流达到18mA/cm2,开路电压达到720mV。 1998年，采用固体有机空穴传输材料替代液体电解质的全固态Gr?tzel电池研制成功，其单色光电转换效率达到33%，从而引起了全世界的关注。 2000年，东芝公司研究人员开发含碘/碘化物的有机融盐凝胶电解质的准固态染料敏化纳米晶太阳能电池，其光电能量转换率7.3 % 。 2001年, 澳大利亚STA 公司建立了世界上第一个中试规模的DSC 工厂。 2002 年, STA建立了迄今为止独一无二的面积为200m2 DSC 显示屋顶,集中体现了未来工业化的前景；PengWang等人用含 1-methyl-3-propylimidazoliumiodide 和poly(viylidenefloride

太阳能电池的发展与趋势

《物理演示实验》结课论文题目：太阳能电池的发展与趋势 学生姓名： 学号： 专业班级： 2013年 5月25日

摘要：现代社会应是节约型的社会，而社会生活也应是节约能耗的生活。而太阳能作为一种取之不尽的新型环保能源已成为世界各国世界上能源探究工作中的一个重要课题。是我国在经济目前状况下采取的较为简单、经济、环保、可靠的节能办法。近些年，随着我国经济的飞速发展、科技水平的快速提升，太阳能技术已逐渐普及、应用到各个行业领域乃至人们的生活中，而市面上也涌现出了大量的太阳能热水器、太阳能发电设备、太阳能照明器具等产品。其中，太阳能电池的应用，不仅充分发挥了太阳能技术环保、节能、可再生的特点，同时也有效满足了当代社会发展、科技进步的需求。本文就太阳能电池新发展的新概念及新的方向作简要的分析、探讨。 关键字：太阳能新能源太阳能电池 一、引言 太阳内部进行着剧烈的由氢聚变成氦的核反应，并不断向宇宙空间辐射出巨大的能量，可以说是“取之不尽、用之不竭”的能源。地面上的太阳辐射能随时间、地理纬度、气候变化，实际可利用量较低，但可利用资源仍远远大于满足现在人类全部能耗及2100年后规划的能源利用量?。地球上太阳能资源一般以全年总辐射量[kJ/(m^2·年)]和全年日照总时数表示。就全球而言，美国西南部、非洲、澳大利亚、中国西藏、中东等地区的全年总辐射量或日照总时数最大，为世界太阳能资源最丰富地区。我国陆地面积每年接收的太阳辐射总量3．3×10^3～8．4×10^6 kJ/(m^2·年)之间，相当于2．4×10^4亿t标煤，属太阳能资源丰富的国家之一。全国总面积2／3以上地区年日照时数大于2200h，日照在5×10^6kJ/(m^2·年)以上。我国西藏、青海、新疆、甘肃、宁夏、内蒙古高原的总辐射量和日照时数均为全国最高，属太阳能资源丰富地区；除四川盆地、贵州资源稍差外，东部、南部及东北等其他地区为资源较富和中等区，所以在我国太阳能有很大的发展前景。 随着新型太阳能电池的涌现，以及传统硅电池的不断革新，新的概念已经开始在太阳能电池技术中显现，从某种意义上讲，预示着太阳能电池技术的发展趋势。通过对太阳能电池的发展背景、现状进行分析，可将太阳能电池发展的新概念、新方向归纳为薄膜电池、柔性电池、叠层电池、以及新概念太阳能电池。 二、太阳能电池概况 1、太阳能电池定义 太阳能电池就是把太阳光转化为电的一种器件，在一般的情况下（注意条件），太阳能电池 的效率随光强增加而增加的。再进一步说就是太阳能电池效率和安装地的综合气候条件有关系。2、太阳能电池的分类 不同的材料对光的吸收系数不同，禁带宽度也不同，量子效率自然也不同，电池效率自然也 不同了。一般来说，单晶硅/多晶硅对光的系数系数远小于非晶硅的，所以非晶硅太阳能电池厚度仅仅有单晶硅/多晶硅厚度的百分之一即可较好的吸收太阳光。另外理论上讲GaAs太阳能电池的极限效率要大于其他太阳能电池的极限效率，因为GaAs太阳电池的禁带宽度在1.4ev，和地面太阳光光谱能量的最值最为接近。根据所用材料的不同，太阳能电池可分为：1、硅太阳能电池2、以无机盐如砷化镓III-V化合物、硫化镉、铜铟硒等多元化合物为材料的电池3、功能高分子材料制备的太阳能电池4、纳米晶太阳能电池等。硅是最理想的太阳能电池材料，这是太阳能电池以硅材料为主的主要原因。在以上电池中单晶硅太阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟，光电转化效率可达23.3%。随着新材料的不断开发和相关技术的发展，以其它材料为基础的太阳能电池也愈来愈显示出诱人的前景。目前国际成本大规模生产技术的研究主要集中在多晶硅、大面积薄膜非晶硅、CdTe电池、CIS 电池的制造技术、III-V族化合物半导体高效光电池，非晶硅及结晶硅混合型薄膜光电池等方面。 三、太阳能电池发展综述 长期以来，世界各国在大力发展经济的同时，各行业领域的过度生产消耗了大量的能源，倘若继续按照此种趋势发展，在未来的五十年里，能源危机将是影响人类生活、阻碍社会进步的首要问题。目前，不同国家、地区、种类的全部能源中，能够使用的化石能源占90%以上，若是以现阶段世界各国的能源消耗状态发展到二十一世纪的中期，可供使用的能源储备、化石能源所占比例将减少近50%，之后的能源需求必将是以可再生能源、核能为主。基于此种趋势，预计到2100年，在人类所使用的能源中，可再生资源将占有30%以上。可供开发、使用的可再生能源主要有地热能、生

太阳能电池的工作原理、工作效率、制造太阳能的材料及大致构造

引言太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源．也是清洁能源，不产生任何的环境污染。在太阳能的有效利用当中；大阳能光电利用是近些年来发展最快，最具活力的研究领域，是其中最受瞩目的项目之一。为此，人们研制和开发了太阳能电池。制作太阳能电池主要是以半导体材料为基础，其工作原理是利用光电材料吸收光能后发生光电于转换反应，根据所用材料的不同，太阳能电池可分为：1、硅太阳能电池；2、以无机盐如砷化镓III-V化合物、硫化镉、铜铟硒等多元化合物为材料的电池；3、功能高分子材料制备的大阳能电池；4、纳米晶太阳能电池等。不论以何种材料来制作电池，对太阳能电池材料一般的要求有：1、半导体材料的禁带不能太宽；②要有较高的光电转换效率：3、材料本身对环境不造成污染；4、材料便于工业化生产且材料性能稳定。基于以上几个方面考虑，硅是最理想的太阳能电池材料，这也是太阳能电池以硅材料为主的主要原因。但随着新材料的不断开发和相关技术的发展，以其它村料为基础的太阳能电池也愈来愈显示出诱人的前景。本文简要地综述了太阳能电池的种类及其研究现状，并讨论了太阳能电池的发展及趋势。 1 硅系太阳能电池 1.1 单晶硅太阳能电池硅系列太阳能电池中，单晶硅大阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟。高性能单晶硅电池是建立在高质量单晶硅材料和相关的成热的加工处理工艺基础上的。现在单晶硅的电地工艺己近成熟，在电池制作中，一般都采用表面织构化、发射区钝化、分区掺杂等技术，开发的电池主要有平面单晶硅电池和刻槽埋栅电极单晶硅电池。提高转化效率主要是*单晶硅表面微结构处理和分区掺杂工艺。在此方面，德国夫朗霍费费莱堡太阳能系统研究所保持着世界领先水平。该研究所采用光刻照相技术将电池表面织构化，制成倒金字塔结构。并在表面把一13nm。厚的氧化物钝化层与两层减反射涂层相结合．通过改进了的电镀过程增加栅极的宽度和高度的比率：通过以上制得的电池转化效率超过23%，是大值可达23．3％。Kyocera公司制备的大面积（225cm2）单电晶太阳能电池转换效率为19．44%，国内北京太阳能研究所也积极进行高效晶体硅太阳能电池的研究和开发，研制的平面高效单晶硅电池（2cm X 2cm）转换效率达到19.79%，刻槽埋栅电极晶体硅电池（5cm X 5cm）转换效率达8.6%。单晶硅太阳能电池转换效率无疑是最高的，在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位，但由于受单晶硅材料价格及相应的繁琐的电池工艺影响，致使单晶硅成本价格居高不下，要想大幅度降低其成本是非常困难的。为了节省高质量材料，寻找单晶硅电池的替代产品，现在发展了薄膜太阳能电池，其中多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池就是典型代表。 1．2 多晶硅薄膜太阳能电池通常的晶体硅太阳能电池是在厚度350～450μm的高质量硅片上制成的，这种硅片从提拉或浇铸的硅锭上锯割而成。因此实际消耗的硅材料更多。为了节省材料，人们从70年代中期就开始在廉价衬底上沉积多晶硅薄膜，但由于生长的硅膜晶粒大小，未能制成有价值的太阳能电池。为了获得大尺寸晶粒的薄膜，人们一直没有停止过研究，并提出了很多方法。目前制备多晶硅薄膜电池多采用化学气相沉积法，包括低压化学气相沉积（LPCV D）和等离子增强化学气相沉积（PECVD）工艺。此外，液相外延法（LPPE）和

太阳能光伏电池论文中英文资料对照外文翻译文献综述

光伏系统中蓄电池的充电保护IC电路设计 1.引言 太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的能源越来越受到重视。太阳能发电已经在很多国家和地区开始普及，太阳能照明也已经在我国很多城市开始投入使用。作为太阳能照明的一个关键部分，蓄电池的充电以及保护显得尤为重要。由于密封免维护铅酸蓄电池具有密封好、无泄漏、无污染、免维护、价格低廉、供电可靠，在电池的整个寿命期间电压稳定且不需要维护等优点，所以在各类需要不间断供电的电子设备和便携式仪器仪表中有着广泛的应用。采用适当的浮充电压，在正常使用(防止过放、过充、过流)时，免维护铅酸蓄电池的浮充寿命可达12~16年，如果浮充电压偏差5%则使用寿命缩短1/2。由此可见，充电方式对这类电池的使用寿命有着重大的影响。由于在光伏发电中，蓄电池无需经常维护，因此采用正确的充电方式并采用合理的保护方式，能有效延长蓄电池的使用寿命。传统的充电和保护IC是分立的，占用而积大并且外围电路复杂。目前，市场上还没有真正的将充电与保护功能集成于单一芯片。针对这个问题，设计一种集蓄电池充电和保护功能于一身的IC是十分必要的。 2.系统设计与考虑 系统主要包括两大部分:蓄电池充电模块和保护模块。这对于将蓄电池作为备用电源使用的场合具有重要意义，它既可以保证外部电源给蓄电池供电，又可以在蓄电池过充、过流以及外部电源断开蓄电池处于过放状态时提供保护，将充电和保护功能集于一身使得电路简化，并且减少宝贵的而积资源浪费。图1是此Ic在光伏发电系统中的具体应用，也是此设计的来源。 免维护铅酸蓄电池的寿命通常为循环寿命和浮充寿命，影响蓄电池寿命的因

素有充电速率、放电速率和浮充电压。某些厂家称如果有过充保护电路，充电率可以达到甚至超过2C(C为蓄电池的额定容量)，但是电池厂商推荐的充电率是C/20~C/3。电池的电压与温度有关，温度每升高1℃，单格电池电压下降4 mV，也就是说电池的浮充电压有负的温度系数-4 mV/℃。普通充电器在25℃处为最佳工作状态；在环境温度为0℃时充电不足；在45℃时可能因严重过充电缩短电池的使用寿命。要使得蓄电池延长工作寿命，对蓄电池的工作状态要有一定的了解和分析，从而实现对蓄电池进行保护的目的。蓄电池有四种工作状态:通常状态、过电流状态、过充电状态、过放电状态。但是由于不同的过放电电流对蓄电池的容量和寿命所产生的影响不尽相同，所以对蓄电池的过放电电流检测也要分别对待。当电池处于过充电状态的时间较长，则会严重降低电池的容量，缩短电池的寿命。当电池处于过放电状态的时间超过规定时间，则电池由于电池电压过低可能无法再充电使用，从而使得电池寿命降低。 根据以上所述，充电方式对免维护铅酸蓄电池的寿命有很大影响，同时为了使电池始终处于良好的工作状态，蓄电池保护电路必须能够对电池的非正常工作状态进行检测，并作出动作以使电池能够从不正常的工作状态回到通常工作状态，从而实现对电池的保护。 3.单元模块设计 3.1充电模块 芯片的充电模块框图如图2所示。该电路包括限流比较器、电流取样比较器、基准电压源、欠压检测电路、电压取样电路和逻辑控制电路。 该模块内含有独立的限流放大器和电压控制电路，它可以控制芯片外驱动器，驱动器提供的输出电流为20~30 mA，可直接驱动外部串联的调整管，从

钙钛矿电池和燃料敏化电池综述

CHANGSHA UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY 新能源材料（论文） 文献综述 题目：染料敏化太阳能电池与 钙钛矿太阳能电池概述 学生姓名： 学号： 班级: 专业： 指导教师： 2015年1月4日

染料敏化太阳能电池钙钛矿太阳能电池概述 一、引言 进入 21 世纪，世界人口的剧烈增长和环境污染的日益严重，还有能源的枯竭以及生态环境的破坏，使人类对能源尤其是清洁的新能源的开发利用有了更大的需求。太阳能是一种可再生能源，并且具有取之不尽，功率巨大，使用安全等优点，引起了人们极大的关注,而太阳能电池是开发利用太阳能最有效的方法之一。近年来太阳能电池的产量以每年 30%的速度增长。预计到本世纪中叶，它将占世界总发电量的 15～20%。 太阳能电池是利用太阳光和材料相互作用直接产生电能的，是对环境无污染的可再生能源。它的应用可以解决人类社会发展在能源需求方面的问题。太阳能是一种储量极其丰富的洁净能源，太阳每年向地面输送的能量高达 3×1024焦耳，相当于世界年耗能量的 1.5 万倍。因此太阳能电池作为人们利用可持续的太阳能资源，是解决世界范围内的能源危机和环境问题的一条重要途径。 然而，提高太阳能电池的转化效率以及降低成本一直是学者们努力的方向。其中，染料敏化太阳能电池和钙钛矿太阳能电池以其低价的成本和较高的转化效率获得了科学家们的青睐。 摘要： 关键词：染料敏化太阳能电池纳米多孔半导体单一敏化染料准固态电解质固态电解质染料敏化太阳能电池的效率钙钛矿太阳能电池钙钛矿材料

CH3NH3PbX3的制备方法钙钛矿太阳能电池研究进展 二、染料敏化太阳能电池的相关研究 2.1 工作原理 当太阳光照射在染料敏化太阳能电池上，染料分子中基态电子被激发，激发态染料分子将电子注入到纳米多孔半导体的导带中，注入到导带中的电子迅速富集到导电玻璃面上，传向外电路，并最终回到对电极上。而由于染料的氧化还原电位高于氧化还原电解质电对的电位，这时处于氧化态的染料分子随即被还原态的电解质还原。然后氧化态的电解质扩散到对电极上得到电子再生，如此循环，即产生电流。电池的最大电压由氧化物半导体的费米能级和氧化还原电解质电对的电位决定。 2.2 染料敏化太阳能电池的研究现状 （1）光阳极上纳米多孔半导体的研究进展 DSSC 光阳极上的半导体材料多采用纳米多孔TiO2，它是染料分子的载体，同时分离并传输电荷。目前光阳极的研究重点主要是两方面：①寻找制备半导体光阳极薄膜时，可以增大 TiO2比表面积和改善 TiO2表面活性的方法；②由于电子在TiO2薄膜中电子的传输阻力大，影响电池转换效率的进一步提高，故寻找可以替代 TiO2的其它半导体材料。 制备光阳极纳米多孔薄膜的方法很多，包括溶胶-凝胶法，粉末涂敷法、水热法、液相沉积法、化学气象沉积法、电化学法等。其中粉末涂敷法在工业生产中称为丝网印刷法，具有工艺简单、适合大规模

太阳能电池的种类特点及发展趋势word资料14页

太阳能电池的种类特点及发展趋势 一、种类 按照材料分类 ?硅太阳能电池：以硅为基体材料（单晶硅、多晶硅、非晶硅） ?化合物半导体太阳能电池：由两种或两种以上的元素组成具 半导体特性的化合物半导体材料制成的太阳能电池(硫化镉、 砷化稼、碲化镉、硒铟铜、磷化铟) ?有机半导体太阳能电池：用含有一定数量的碳－碳键且导电 能力介于金属和绝缘体之间的半导体材料制成的电池(分子 晶体、电荷转移络合物、高聚物) 单晶硅太阳电池 特点 硅系列太阳能电池中，单晶硅的光电转换效率最高，技术也最成熟，高性能单晶硅电池是建立在高质量单晶硅材料和相关成熟的加工工艺基础上。提高转换效率主要是靠单晶硅表面微结构处理和分区掺杂工艺。单晶硅太阳能电池的转换效率无疑是最高的，在大规模应用和工业生产中仍旧占据主导地位，但由于受单晶硅材料价格及相应繁琐的电池工艺影响，致使单晶硅成本据高不下，严重影响了其广泛应用。 单晶硅太阳能电池的特点是对于大于0.7μm的红外光也有一定的灵敏度。以p型单晶硅为衬底，其上扩散n型杂质的太阳能电池与n型单晶硅为衬底的太阳能电池相比，其光谱特性的峰值更偏向左边（短波长一方）。它对从蓝到紫色的短波长（波长小于0.5μm）的光有较高的灵敏度，但其制

法复杂，成本高，仅限于空间应用。此外，带状多晶硅太阳能电池的光谱特性也接近于单晶硅太阳能电池的光谱特性。 1. 多晶硅太阳电池 特点 单晶硅太阳能电池的缺点是制造过程复杂，制造电池的能耗大。为解决这些问题，用浇铸法或晶带法制造的多晶硅太阳能电池的开发取得了进展。在1976年证明用多晶硅材料制作的太阳能电池的转换效率已超过10%，对大晶粒的电池，有报道效率可达20%。这种低成本的多晶硅太阳能电池已经大量生产，目前，它在太阳能电池工业中所占的分额也相当大。 但是多晶硅材料质量比单晶硅差，有许多 晶界存在，电池效率比单晶硅低； 晶向不一致，表面织构化困难。 单晶、多晶与非晶的区别 多晶：短程有序（团体有序），成百上千个原子尺度，通常是在微米的量 铸造多晶硅 ?结晶形态分 单晶硅 多晶硅 非晶硅 高纯多晶硅 薄膜多晶硅 带状多晶硅 区熔单晶硅 直拉单晶硅

太阳能电池的研究与发展

太阳能电池的研究与发展 文献综述 摘要：能源是人类不可忽视的一个问题，因为它同我们的生活息息相关并且制约着未来经济的发展。面临非可再生能源被大规模地开采利用，其储量越来越少，总有枯竭之时这样一个现实问题，可再生能源显得尤为重要，因为可再生能源可以循环再生，不因长期使用而减少。而我国作为一个能耗大的国家，考虑到我国资源情况及国际环境和我国的环境状况，若到22世纪初不能用核能、太阳能等这些非化石能源代替化石能源，那么我们国家、我们民族的发展都会受到严重的影响。 太阳能具有环境友好、与之不尽用之不竭等特点，由此在可再生能源中的位置得以突显。而本文选择从光伏发电这个方面来说明太阳能电池的研究与发展。讲述了太阳能光伏发电的模式，输送方式及原理等。 关键词：太阳能；光伏发电；独立光伏发电；并网光伏发电；分布式光伏发电 1引言 能源是现今人类不得不考虑的一个重大问题，面临着严峻的能源形势和生态环境的恶化，人们对于绿色能源的需求显得迫切起来。改变现有能源结构、发展可持续发展的绿色能源已成为世界各国极为关注的课题。 化石燃料为不可再生能源，随着社会的进步与发展，人类对能源的需求量日益增大，所以化石燃料是无法满足的。除此之外，化石燃料煤、石油和天然气都是含碳元素的物质．其中还含硫元素等杂质。这些燃料燃烧时，会产生二氧化硫等污染空气的气体，燃料燃烧不充分，会产生一氧化碳和碳粒，加上未燃烧的碳氢化合物，如果直接排放到空气中必然对空气造成污染。因此，对于可再生能源的概念中最重要的要保证两点：第一，要求提供的可再生能源的源头是巨大的、无限制的。第二，从整体技术效率而言，要有明显的安全保障性。从这两点出发，显现了太阳能的利用在可再生能源中领域中的重要地位。 太阳能发电分光热发电和光伏发电。但不论产销量、发展速度和发展前景、光热发电都赶不上光伏发电。光伏发电设备极为精炼，可靠稳定寿命长、安装维护简便。理论上讲，光伏发电技术可以用于任何需要电源的场合，上至航天器，下至家用电源，大到兆瓦级电站，小到玩具，光伏电源可以无处不在。

太阳能电池片技术发展的现状和趋势

太阳能电池片生产技术的发展和趋势 LED光伏电子项目部 2009/2/22

1太阳能电池片的生产工艺 1.1太阳能电池的工作原理 典型的太阳电池本质上是一个大面积半导体二极管，它利用光伏效应原理把太阳辐射能转换成电能。当太阳光照射到太阳电池上并被吸收时,其中能量大于 禁带宽度Eg的光子能把价带中电子激发到导带上去，形成自由电子,价带中留下带正电的自由空穴，即电子-空穴对，通常称它们为光生载流子。自由电子和空穴在不停的运动中扩散到pn结的空间电荷区,被该区的内建电场分离电子被扫 到电池的n型一侧，空穴被扫到电池的p型一侧，从而在电池上下两面(两极) 分 别形成了正负电荷积累，产生“光生电压”,即“光伏效应”（photovoltaic effect）若在电池两侧引出电极并接上负载,负载中就有“光生电流”通过，得到可利用的电能,这就是太阳电池的工作原理，如图1所示。 图1太阳电池的工作原理 光伏效应是1839年法国Becqueral第一次在化学电池中观察到的。1876年在固态硒(Se)的系统中也观察到了光伏效应,随后开发出Se/CuO光电池。硅光电池 的报道出现于1941年1954年，贝尔实验室Chapin等人开发出效率为6%的单晶硅光电池，为太阳能光伏发电奠定了技术基础，成为现代太阳电池时代的划时代标志。作为能源,硅太阳电池于1958年首先在航天器上得到应用。在随后10。多年里,硅太阳电池在空间应用中不断扩大，工艺不断改进,电池设计逐步定型。70 年代初，许多新技术引入电池制造工艺,转换效率有了很大提高。与此同时,硅太阳电池开始引入地面应用，70年代末，地面太阳电池产量已经超过了空间电池产 量,促使成本不断降低。80年代初，硅太阳电池发展进入快速发展时期，技术进步和研究开发使太阳电池效率进一步提高，商业化生产成本持续降低，应用不断 扩大。在太阳电池的整个发展历程中,先后开发出各种不同结构的电池，如肖特基(MS)电池、MIS电池、MINP电池、异质结电池等，其中同质p2n结电池自始 至终占着主导地位，其他结构电池对太阳电池的发展也产生了重要影响。在材料 方面,有晶硅电池、非晶硅薄膜电池、铜铟硒(CIS)薄膜电池、碲化镉(CdTe)薄膜电池、砷化镓薄膜电池等，由于薄膜电池被认为是未来大幅度降低成本的根本出

太阳能电池关于温度的综述

关于硅和砷化镓太阳能电池组件在热性能方面的综述 摘要： 本综述总结了近年来在结晶和非晶硅太阳能电池组件领域获得的温度性能。它给出了一个通用的结果分析和评论的应用程序构建集成光伏(PV)热系统,将光能转化成电能,热能等。空气冷却和水冷却以及“混合式”光伏热太阳能收集器也被提及到。本文还包括非晶硅太阳能模块在塑料薄膜,薄膜太阳能电池等方面的灵活应用以及对将来这方面的展望。其主要包括对光伏模块传热机制的实验结果的分析。 关键词：太阳能电池;光伏；太阳能;能量转换;混合系统 目录 1.介绍﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒4０8 1．１．太阳能电池早期研究的回顾﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒408 １.2.半导体硅和砷化镓的温度上限﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒41０ 2.高温太阳能电池和组件的影响：理论背景﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒4１1 2．1.热对硅太阳能电池的输出参数的影响﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒4１

１ ２.2.硅太阳能电池的温度系数﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒411 ２.2.1.短路电流﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒4１1 2.２.2.暗电流﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒41２ 2．2.3.开路电压﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒412 2.2.４．输出功率﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒４１２ 2.3．照明光源对输出参数的影响﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒4 １3 3．光伏热电混合太阳能系统﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒ 4１3 ３．1．空气冷却﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒4１4 3．2.水冷却﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒41４ ３.２.1.冷却组件中的输出温度﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒